Controlling of automatic transmission gear shift by using model predictive control
Model öngörülü kontrol ile otomatik şanzımanın vites değişimi kontrolü
- Tez No: 496479
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ALİ FUAT ERGENÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Mechanical Engineering, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 68
Özet
Endüstriyel proses kontrolündeki gelişmelerle birlikte her geçen gün model öngörülü kontrol teknolojisinin kullanım alanı genişlemektedir. Özellikle kimya ve petrokimya endüstrilerinde gelişmiş ve yaygın olarak kullanılması ile birlikte farklı proseslerin yer aldığı farklı endüstri sahalarında da kullanılmaya ve yaygınlaşmaya başlamıştır. Yaygınlaşmasında etkili olan faktörler arasında çoklu giriş çoklu çıkış (MIMO) veya lineer olmayan davranışları barındıran sistemlerin kontrolüne izin vermesi, dinamik sistemlerin birbirleriyle etkileşimli olarak çalışabilmesine olanak sağlaması yer almaktadır. Çeşitli kısıtlamalar altında istenen optimum çözümü hızlı bir şekilde vermesi sağladığı önemli avantajlardandır. Model öngörülü kontrol teknolojisinin otomotiv sektöründe de yaygınlaşması son yıllarda ivme kazanmıştır. Motorlu taşıtların kullanımının artmasıyla birlikte CO, HC ve NOX içeren egzoz gazı emisyonlarından kaynaklanan hava kirliliği gün geçtikçe artmaktadır. Dünya genelinde emisyon standartlarına uygun araçların üretilmek istenmesi, taşıttan çıkan zararlı gazların miktarının ayarlanması ve en aza indirilmesi gerekliliğini ortaya çıkarmıştır. Ayıca motorlu taşıtlarda birim hacimden elde edilmek istenen gücün arttılmaya çalışılması aracın ve motorun modellenmesi gerekliliği gibi durumları beraberinde getirmiştir. Tüm bu ihtiyaçlar doğrultusunda model öngörülü kontrol teknolojisi farklı tipteki problemlerle, farklı çözüm uygulamalarıyla kendine yer edinmiştir ve uygulanma sıklığı giderek artmıştır. Diğer sektörlerde olduğu gibi otomotiv sektöründe de elektronik kontrol uygulamalarının artması sistemlerdeki çeşitli sorunlar için optimum çözümü elde etme avantajını beraberinde getirmiştir. Model öngörülü kontrol uygulaması da bu avantajları sağlamak açısından gün geçtikçe gelişmektedir. Doğan ihtiyaçlar karşısında model öngörülü kontrol uygulaması ihtiyaca göre geliştirilmeye çalışılmaktadır. Bu doğrultuda özellikle nonlineer sistemleri içerisinde barındıran veya farklı dinamik sistemlerin beraber çalıştığı uygulamalarda kontrol uygulamasının geliştirilmesi için uzun bir süredir araştırma ve geliştirme üzerine çalışılmaktadır. Tezin ilk bölümünde otomatik şanzımanın endüstri içerisindeki yeri, diğer şanzıman çeşitleri ile kıyaslanması, avantaj ve dezavantajlarının belirlenmesi yer almaktadır. Ardından model öngörülü kontrolün otomotiv sektöründeki kullanım alanları, şanzıman vites değişimi için kullanılabilecek kontrol yapısı ve bu doğrultuda yapılacak olan çalışmanın amaçları ve içeriğinden bahsedilmektedir. İkinci bölümde model öngörülü kontrol tasarımı yapılacak olan şanzımanın mimarisi ve yazılım modelinden bahsedilmektedir. Yazılım içerisinde yer alan tork dönüştürücü kontrolü alt sistemi ve içeriği hakkında bilgi verilmektedir. Ayrıca basit güneş dişlisi grubunun ve birleşik ravigneaux güneş dişlisi grubunun bulunduğu şanzıman mimarisinin bağlı olduğu ve güç aktarım organlarının da yer aldığı AVL Cruise™ ortamında yapılan bir simülasyonla da şanzıman yazılımı desteklenmektedir. Yapılan bu simülasyon gerçek hayattaki aracın sahip olduğu birçok özelliği içerisinde barındırabilmektedir. Örneğin model içerisinde şaftların eylemesizlik momentleri, şanzıman mimarisinde yer alan kavrama ve frenler için sürtünme kayıpları, araç motoruna ait parametreler, tork dönüştürücü, tekerlekler ve diferansiyel gibi birçok güç aktarım organının özellikleri yer almaktadır. Model öngörülü kontrol için gerekli sistem modellemesi üçüncü bölümde yer almaktadır. Kavrama, fren ve dişli setlerinin yer aldığı mimarinin bond graph methodolojisi kullanılarak oluşturulmuş modeli bu bölüm içerisindedir. Bond graph methodolojisi sistemin sahip olduğu türevsel ve integral nedensellikleri ortaya çıkarmış ve tüm şanzıman modelinin 3. dereceden bir sistem modeli olduğunu ortaya koymuştur. Sistemin modellenmesi esnasında elde edilen tüm denklemler de bu kısımda yer almaktadır. Kavramaların modellenmesi esnasında da bu zamana kadar yapılmış farklı kavrama sürtünme modellemeleri dikkate alınmıştır. Literatür araştırması bond graph methodolojisi, farklı kavrama sürtünme modellerinin araştırılması ve model öngörülü kontrolün gerekliliklerinin, sınırlarının, hangi sistemlere ne şekilde uygulanacağının örneklerden yola çıkarak anlaşılması şeklinde yapılmıştır. Dördüncü bölümde model öngörülü kontrol ile ilgili genel bilgiler, temel yaklaşımlar ve otomotiv sektöründeki uygulama alanlarından bahsedilmektedir. Kontrol tasarımına ait bu bilgilerden sonra tork dönüştürücü faz için oluşturulan kontrolör tasarımı ve içeriği bu bölümde yer almaktadır. Kontrolörün şanzıman yazılımı içerisinde tork aktarımının hız senkronizasyonu fazını gerçekleyen bileşen içerisinde yer aldığı ve bu sistemdeki kontrol uygulamasında kısıtlayıcı parametrenin kavramaların aktarabileceği maksimum tork değeri olduğu bilgisi yer almaktadır. Ayrıca şanzıman ve araç modelinin birlikte yer aldığı yazılım içerisinde olmasından dolayı örnekleme zamanı seçiminde de bu yazılıma bağlı kalınmıştır. Gerçek şanzıman üzerinde ölçülebilen ve ölçülemeyen parametreler de kontrolör içerisinde yer almaktadır. Kontrolör tasarımı için hedeflenen maliyet fonksiyonu, hız ve tork değişimlerinin yumuşak, hızlı ve sürücü tarafından hissedilmeyecek şekilde olmasını içermektedir. Bu doğrultuda parametre ağırlıkları değiştirilerek farklı sonuçlar elde edilmişir. Model öngörülü kontrol, bond graph methodolojisi kullanılarak elde edilmiş denklemleri kullanarak, sistemin gelecekteki cevaplarını öngörerek sisteme kontrol girişi verir. Sisteme gönderdiği kontrol çıktısı, sistem için istenilen iyileştirmeleri içeren optimum çözümü sağlayacak şekildedir. Sistem için istenilen iyileştirmeler; vites geçişleri esnasında devreye giren ve devreden çıkacak kavramalardaki tork aktarımlarının sürücü tarafından olabildiğince az hissedilmesi, dolaylı yoldan kavramalarda tork geçişleri esnasındaki hız senkronizasyonun hızlı ve yumuşak bir şekilde gerçekleşmesidir. Uygulanan kontrol algoritması kavramaların taşıyabileceği maksimum tork değerleri kısıtları içerisinde yukarıda içeriği belirtilen maliyet fonksiyonunu sağlayacak şekilde oluşturulmuştur. Son bölümde, bu çalışmadan yola çıkarak model öngörülü kontrol uygulamasının sadece üçüncü vitesten dördüncü vitese geçiş esnasındaki hız senkronizasyonu fazına etki etmesinin yanı sıra, tork aktarımı esnasında diğer fazları da kapsayacak şekilde uygulanabilmesinin gelecekte yapılabilecek iyileştirmeler arasında yer almasından bahsedilmektedir. Şanzımanın bond graph methodolojisi kullanılarak elde edilen model denklemleri hem vites büyültmek hem vistes küçültmek için oluşturulabilecek kontrol algoritması için kullanılabilmektedir. Bu çalışmada vites büyültme esnasında kullanılan algoritma dördüncü vitesten üçüncü vitese geçme gibi vites küçültme durumlarında da kullanılabilir. Ayrıca bu modelleme yöntemi ile farklı şanzıman tipleri, motor, güç aktarım mekanizması, süspansiyon sistemi gibi çeşitli dinamik sistemler de modellenebilmektedir. Araç içerisinde optimum çözüme ulaşılmak istenen herhangi bir problem karşısında sistem modelinden yararlanarak model öngörülü kontrol algoritması oluşturulabilir. Bu çalışmadan yola çıkarak gelecekte otomotiv sektörünün farklı uğraş sahalarında yapılabilecek iyileştirmelerden de bahsedilmiştir.
Özet (Çeviri)
The usage area of model predictive control technology with the developments in industrial process control is expanding day by day. Among the many effective factors for its popularity are allowing the control of the multi input multi output (MIMO) systems or systems that contain non-linear behaviors and dynamic systems to interact with each other. It has a significant advantage to provide the desired solution quickly under various constraints. In the first section of the thesis, the position of the automatic gearbox in the industry, comparison with the other gearbox types, determination of advantages and disadvantages are included. Then, the usage area of model predictive control in the automotive industry and the control structure that can be used for transmission gear shifting with the aims and contents of the work to be done in this direction are mentioned. In the second part, the architecture and software model of the transmission that is controlled with a model predictive controller is mentioned. The information about the torque handover control subsystem and its contents are included in the software is given. In addition, transmission software is supported with a simulation in the AVL Cruise™ environment where the the transmission architecture which has a simple planetary gear set and the combined ravigneaux planetary gear set is connected and the powertrain is also included. The system model for model predictive control is included in the third section. The modeling of all the clutches, brakes and gear sets in the architecture are built by using bond graph methodology is in this section. In the modeling of the clutches has also benefited from different clutch friction models. In the fourth chapter, general information about model predictive control, basic approaches and applications in the automotive sector are mentioned. After this information on the control design, the controller design and its contents for the torque handover phase are included in this section. The controller is located in speed synchronization phase of the component, which is named torque handover.
Benzer Tezler
- 8+1 manuel senkromeçli transmisyonun otomatize edilmesi için modellenmesi ve kontrol algoritmalarının geliştirilmesi
Developing control algorithms and modelling of 8+1 manual synchromesh transmission automatisation
CAN DURMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. VOLKAN SEZER
- Sürekli değişken transmisyon sisteminin hız oranı kontrolü için bulanık mantık kontrol organı dizaynı
Fuzzy logic controller design for continuously variable transmission system speed ratio control
TURAN GÜRGENÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İKBAL ESKİ
- Uzman sisten ve otomotiv sektöründeki bir uygulama
Expert system and an application in the automotive sector
HÜSEYİN BURGUT
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SERDAR TÜMKOR
- Farklı araç kalibrasyonlarının sürüş stili üzerindeki etkilerinin bulanık mantık yaklaşımı ile incelenmesi
Investigation of driveability calibration effects on driving style through fuzzy logic approach
SAMET AKŞİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN TAHA ŞEN
- Functional safety mechanism development of creep monitoring in automatic transmission
Otomatik şanzımanda sürünme/creep fonksiyonel emniyet mekanizmasının monitör edilmesinin geliştirilmesi
BURAK ARDIÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER ÜSTOĞLU